對光的波粒二象性的理解及認識(-論文)

《對光的波粒二象性的理解及認識(-論文)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。

1、新疆師范大學2013屆本科畢業(yè)生畢業(yè)論2013屆本科畢業(yè)論文對波粒二象性的理解與認識學院：物理與電子工程學院專業(yè)班級：物理08-8班學生姓名：努爾麥麥提·阿不都克熱木指導老師：巴哈迪爾老師答辯日期：2013年5月11日新疆師范大學教務處18新疆師范大學2013屆本科畢業(yè)生畢業(yè)論對波粒二象性的理解與認識摘要：波粒二象性是指某物質同時具備波的特質及粒子的特質。波粒二象性是量子力學中的一個重要概念。現代觀察認為微觀粒子,無論是光子,電子以及其它所有基本粒子,在極微小的空間內作高速運動時有時顯示出波動性(這時粒子性不顯著),有時顯示出粒子性(這時

2、波動性不顯著).這種在不同條件下分別表現為波動和粒子的性質,或者說既具有波動性又具有粒子性,就稱為波粒二象性(簡稱象性)。波粒二象性理論的提出在物理學的發(fā)展史上具有重要意義,本文從人們對光本性的認識出發(fā),到把波粒二象性推廣到一切物質,比較系統(tǒng)地闡述了波粒二象性理論的產生和發(fā)展過程。在這個過程中探索物理學與哲學的聯系，并對其中所體現的哲學觀點做了嘗試性總結關鍵詞：波粒二象性，波動性，粒子性，電子衍射，德布羅意波18新疆師范大學2013屆本科畢業(yè)生畢業(yè)論目錄1.引言42.光的波粒二象性52.1光的波動性.52.2光的粒子性.62.3光的波粒二

3、象性.83電子衍射實驗103.1.電子衍射實驗.103.2實驗數據與處理.144.波粒二象性的意義和后期成果155.結論.16參考文獻17致謝.1818新疆師范大學2013屆本科畢業(yè)生畢業(yè)論引言1801年，楊氏進行了著名的楊氏雙縫干涉實驗。實驗所使用的白屏上明暗相間的黑白條紋證明了光的干涉現象，從而證明了光是一種波。1882年德國物理學家施維爾德根據新的光波學說，對光通過光柵后的衍射現象進行了成功的解釋。1887年，德國科學家赫茲發(fā)現光電效應，光的粒子性再一次被證明！二十世紀初，普朗克和愛因斯坦提出了光的量子學說1905年，愛因斯坦提出光

4、子假設，成功解釋了光電效應，因此獲得1921年諾貝爾物理獎在新的事實與理論面前，光的波動說與微粒說之爭以“光具有波粒二象性”而落下了帷幕。即：光既是一種波又是一種粒子！光的波動說與微粒說之爭從十七世紀初笛卡兒提出的兩點假說開始，至二十世紀初以光的波粒二象性告終，前后共經歷了三百多年的時間。牛頓、惠更斯、托馬斯．楊、菲涅耳等多位著名的科學家成為這一論戰(zhàn)雙方的主辯手。二十世紀來臨之時，這個觀點面臨了一些挑戰(zhàn)。1905年由阿爾伯特·愛因斯坦研究的光電效應展示了光粒子性的一面。隨后，電子衍射被預言和證實了。這又展現了原來被認為是粒子的電子波動性的

5、一面。這個波與粒子的困擾終于在二十世紀初由量子力學的建立所解決，即所謂波粒二象性。它提供了一個理論框架，使得任何物質在一定的環(huán)境下都能夠表現出這兩種性質。量子力學認為自然界所有的粒子，如光子、電子或是原子，都能用一個微分方程，如薛定諤方程來描述。這個方程的解即為波函數，它描述了粒子的狀態(tài)。波函數具有疊加性，即，它們能夠像波一樣互相干涉和衍射。同時，波函數也被解釋為描述粒子出現在特定位置的幾率幅。這樣，粒子性和波動性就統(tǒng)一在同一個解釋中。18新疆師范大學2013屆本科畢業(yè)生畢業(yè)論光的波粒二象性光的波動性光的干涉人類對光的本性的研究，持續(xù)了幾

6、百年的歷史，至今仍有爭論的余味。在牛頓時期，光的粒子學說站住這主導地位。在同一時代里，盡管有人提出了光的波動性，但是由于權威效應，一致未得矛以承認。。直到托馬斯·楊利用光的波動假說成功的解釋了干涉圖詳的形成，尤其是菲涅耳發(fā)展了惠更斯原理，對光的衍射現象的成功解釋，使得光的波動說否定了以牛頓為代表的微粒說（其根本原因是牛頓的微粒說不能很好地解釋光的干涉和衍射現象）1801年楊氏最先得到兩列想干的光波，并且最早以正確的形式確立了光波疊加原理，用光的波動性解釋了干涉現象。他用強烈的單色光照射到如圖所示的開由小孔S的不透明光板上，后面放著另一塊光

7、板，開有兩個小孔和。在楊氏試驗裝置中和可以認為是兩個次波的波源，因為他們都是從同一個光源S而來的，所以永遠有恒定的相位關系，裝著中S,,都足夠小并且相互平行狹縫，用單色光照射時，屏幕上出現明暗明暗地干涉條紋。因為干涉是波動的特性，所以楊氏實驗能夠證明光具有波動性。18新疆師范大學2013屆本科畢業(yè)生畢業(yè)論光的衍射光在傳播過程中，遇到障礙物或小孔（窄縫）時，它有離開直線路徑繞到障礙物陰影里去的現象。這種現象叫光的衍射波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播，這種現象叫做波的衍射。只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時，才能觀察到明顯

8、的衍射現象。一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現象一切波都能發(fā)生衍射，通過衍射把能量傳到陰影區(qū)域，能夠發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸跟波長差不多光的粒子性1905年，愛因斯坦提出光子假設